航天嵌入式图像处理技术

　　而功能与体系结构的协同设计，是通过功能到体系结构的映射完成的，为了确保这种映射的高效与统一，提出了一种统一的体系结构模型，从三个方面对体系结构进行了统一：一是提出了一种Unified _ISA模型，如图1所示，能将上述三种体系结构从指令集合上统一起来；二是提出了一种将高级语言与汇编语言折中的中间映射语言，能将高级语言的兼容性和可读性，与汇编语言的程序高效性和映射直接性统一起来；三是通过中间映射语言的编程，能将软构件与硬构件的设计统一起来。

　　图1　Unified _ISA模型的逻辑概念图

　　具体对指令流体系结构来说，其SISD、SIMD、MISD、MIMD四类体系结构的指令子集合是统一成SISD体系结构的指令集合，对于数据流与构令流的体系结构是通过增加相应的指令，统一成SISD体系结构的指令集合的；换句话说，图1中的SIMD、MIMD、ASIC与RC Device四种 MPP Unit都是可以通过软构件描述的。这些软构件是可以在SIMD或MIMD体系结构上直接执行的，或者是可以自动映射成ASIC或RC Device电路的。

　　(2)虚拟的并行计算阵列

　　由于G级像素帧遥感图像处理的需要，MPP并行计算阵列得到了发展，因为图像帧总是二维的，相应的处理元阵列也是二维的，如图2中所示。虽然芯片集成度已经很高，但现在还不能在一块芯片上研制G级像素帧的G个处理元的阵列，现在还只有采用WSI技术完成的百万个处理元的阵列。因此，还只能采用虚拟处理元阵列技术，解决MPP程序设计的方便性与程序本身的可读性。换句话说，MPP图像处理程序是按虚拟并行计算阵列设计的，也就是MPP程序设计时，总是假定图 2中网格阵列的M与N的值是与图像帧的维数大小相等的，而实际的处理元阵列的大小m×n是远远小于M×N的，MPP程序是通过自动映射到实际的处理元阵列上执行的。针对图像处理算法的特点，图像处理的MPP计算阵列通常是按SIMD体系结构设计的。相应的设计问题有：处理元PE的位置表示与位置选择问题，采用PIM设计解决图像处理器与图像存储器之间的带宽问题，以及并行重采样问题。